초록 ▼

연구의 목적 및 내용
wearable electronics에 곧바로 적용 될 수 있는 전력공급원으로써 적합한 에너지 저장소자인 직물형 슈퍼커패시터를 구현하고자 한다. 이에 앞서 단섬유형태의 단위 소자의 전기용량 및 에너지 밀도 향상을 위해 준커패시턴스 (pseudo-capacitnace) 반응 활성 유/무기계 신소재를 개발하여 고성능 슈퍼커패시터 제조를 위한 기초/기반 연구를 수행하였음. 이들 신소재는 표면 반응 활성 면적을 극대화하기에 유리한 0, 2 차원 및 다공성 구조 등의 구조적 이점을 갖게 하는 것을 목표로 한다. 기

연구의 목적 및 내용
wearable electronics에 곧바로 적용 될 수 있는 전력공급원으로써 적합한 에너지 저장소자인 직물형 슈퍼커패시터를 구현하고자 한다. 이에 앞서 단섬유형태의 단위 소자의 전기용량 및 에너지 밀도 향상을 위해 준커패시턴스 (pseudo-capacitnace) 반응 활성 유/무기계 신소재를 개발하여 고성능 슈퍼커패시터 제조를 위한 기초/기반 연구를 수행하였음. 이들 신소재는 표면 반응 활성 면적을 극대화하기에 유리한 0, 2 차원 및 다공성 구조 등의 구조적 이점을 갖게 하는 것을 목표로 한다. 기존 탄소 섬유를 섬유형 슈퍼커패시터의 전극으로 활용하여 직물형 소자 구현에 앞서 기초/기반 연구 (절연체 코팅, 고분자 전해질)의 플랫폼으로 활용한다. 또한, 화학적/전기화학적 접근법을 통해 기존 탄소 섬유 전극의 고성능화에 관한 연구를 수행하였음. 최종적으로 고전도성과 높은 비표면적을 갖는 차세대 탄소 섬유 제조 공정을 개발하고, 축적된 기술적 노하우를 적용하여 차세대 탄소 섬유를 이용한 직물형 소자를 구현하여 wearable electronics에 응용 하려 한다.

연구결과
√ 준커패시턴스 (pseudo-capacitance) 반응 활성 유/무기계 신소재
1) 2차원 nanofoil 금속 산화물 개발
높은 비표면적을 갖는 다공성 금속 산화물을 간편하게 대량으로 생산 할 수 있는 제조법 개발; Nanofoil 금속 산화물이 생성되는 화학적 메커니즘 규명; 열처리 온도가 nanofoil 금속 산화물에 미치는 영향 연구; Nanofoil 금속 산화물의 준커패시턴스 반응 활성 유무
2) 질소 작용기가 달린 그래핀 양자점 개발
기존 귀금속 준커패시턴스 반응 활성 재료를 대체할 유기 (그래핀 양자점) 신소재 개발; 그래핀 양자점의 전기화학적 반응 활성도 평가
3) 2차원 산화 티타늄 나노시트 개발
비표면적이 크고 프로세싱이 용이한 산화금속 신소재 개발; 제조된 산화금속을 유연성 슈퍼커패시터 단위 셀에 적용하여 성능 평가;
√ 기존 탄소 섬유를 이용하여 prototype 섬유형 슈퍼커패시터 제조 및 성능 평가
1) 탄소섬유의 표면 개질
탄소섬유의 표면적을 극대화하여 전극 특성 향상; 이종의 소재를 코팅함으로써 탄소섬유 전극의 유효 표면적을 극대화
2) 탄소섬유의 혼성화
전도성 고분자와의 혼성화를 통해 전도성 향상 연구; 전도성 고분자의 성장 메커니즘
3) 프로토타입 (prototype) 섬유형 슈퍼커패시터 제조 및 성능 평가
직물형태의 완전형 슈퍼커패시터를 구현하기에 앞서 단위 셀 조립; 장기 성능 안정성 및 물리적 변형에 의한 성능 안정성 평가
√ 차세대 탄소 섬유를 이용하여 직조 가능한 섬유형 슈퍼커패시터
1) 고전도성 차세대 탄소 섬유 전극 개발
전기전도도와 비표면적이 큰 탄소 소재인 그래핀을 섬유로 방사하는 기술 개발; 웨어러블(wearable) 소자에 적용하기 위한 가능성 평가

연구결과의 활용계획
본 과제를 수행하는 과정의 연구에서 축적된 일련의 지식과 경험들은 다양한 섬유형 소자(LED, 트렌지스터, 베터리, 센서 등) 연구에 동일하게 적용 가능하여 많은 파생연구 주제를 발굴 할 수 있을 것임

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose& contents
In this project we aim to realize fabric-type supercapacitors which are suitable for power supply source in wearable electronics. As a prior study, in order to increase the energy density and capacitance of a unit fiber-type device, we have developed various pseudo-capacitive or

Purpose& contents
In this project we aim to realize fabric-type supercapacitors which are suitable for power supply source in wearable electronics. As a prior study, in order to increase the energy density and capacitance of a unit fiber-type device, we have developed various pseudo-capacitive organic/inorganic materials. These new materials are mostly 0- and 2-dimensional and porous, which are aimed towards maximizing the reactive surface area. Prior to realizing fiber-type supercapacitors, carbon fibers are used as electrodes for supercapacitors as a platform to investigate fundamental studies (insulator coating, polymeric electrolytes). Also we have performed research on improving the performance of carbon fiber electrodes through chemical/electrochemical approaches. As a final goal, we aim to develop a process for making highly conductive, high-surface area carbon fibers and apply our accumulated knowledge, to realize fabric-type devices for wearable electronics.

Result
√ Pseudo-capacitive organic/inorganic material
1) Development of 2-dimensional metal oxide nanofoils
Development of process technique which allows large-scale production of porous metal oxide with high specific surface area; Research on the effect of temperature on metal oxide nanofoils; Determining the psuedo-capactiance of metal oxide nanofoils
2) Development of graphene quantum dots (GQDs) with nitrogen functionalities
Development of an organic material (GQDs) which can replace current precious-metal based pseudo-capacitance material; Evaluation of electrochemical reactivity of GQDs
3) Development of 2-dimensional titanium oxide nanosheets
Development of novel metal oxide material which has high specific surface area and processability
√ Fabrication and evaluation of prototype fiber-type supercapacitors using commercial carbon fibers
1) Modification of carbon fibers’surface
Maximizing the surface area of carbon fibers for improved elecrode properties; Effective surface area maximization of carbon through coating heterogeneous materials
2) Hybridization of carbon fibers
Hybridization with conducting polymers for enhanced electrical conductivity; conducting polymer growth mechanism
3) Prototype fiber-type supercapacitor manufacturing and performance evaluation
Assembly of a unit cell before realizing fiber-type supercapacitors; Evaluation of long-term stability and stability under mechanical distortion
√ Fiber-type supercapacitor using next-generation carbon fibers
1) Development of highly conductive next-generation carbon fiber electrodes
Development of technique for extruding graphene as fibers which possess high electrical conductivity and high specific surface area; evaluating the possibilities for wearable-devices

Expected Contribution
The experience and knowledge accumulated during this research will be applicable to a variety of fiber-based devices (LED, transistors, batteries, sensors etc.) and thus sprout many related research topics.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 8
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 18
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 19
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 19
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 20
• 8. 참고문헌 ... 20
• 9. 연구성과 ... 21
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 21
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 21
• 12. 기타사항 ... 21
• 별첨1 대 표 연 구 성 과 ... 22
• 별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 37
• 끝페이지 ... 39